二值信号量（Binary Semaphore）：概念、设计意义与应用实例

FreeRTOS 中的二值信号量（Binary Semaphore）：概念、设计意义与应用实例

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一、二值信号量的核心概念

二值信号量（Binary Semaphore） 是 FreeRTOS 中最基础的同步机制之一，其核心特性如下：

特性	说明
二元状态	值只能是 0（不可用）或 1（可用），类似一个“开关”。
事件通知	专用于任务间或任务与中断间的 单向事件触发（如中断通知任务处理数据）。
无所有权机制	任何任务均可释放（Give）信号量，与获取（Take）的任务无关。
轻量级设计	实现简单，适合高频事件通知场景。

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二、设计二值信号量的意义（由来）

1. 事件同步的需求

在多任务系统中，任务可能需要等待外部事件（如按键按下、传感器数据就绪、定时器超时）。
传统轮询（Polling）会浪费 CPU 资源，而 中断触发+任务处理 的异步模式需要一种机制：

• 中断快速响应：在 ISR 中标记事件发生。
• 任务高效等待：任务阻塞等待事件，避免空转。

2. 二值信号量的设计目标

• 解耦生产者和消费者：中断（生产者）仅标记事件，任务（消费者）按需处理。
• 避免资源竞争：不涉及共享资源管理，仅传递事件标志。
• 低延迟通知：轻量级操作，适合高频事件（如串口接收数据）。

3. 与互斥量的本质区别

• 二值信号量：用于事件通知（“事件发生了”），无优先级继承，不保护资源。
• 互斥量：用于资源保护（“资源已被占用”），支持优先级继承，防止优先级反转。

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三、应用实例：中断触发任务处理

场景描述

假设一个嵌入式系统中：

• 按键按下触发外部中断（GPIO 中断）。
• 任务需要检测按键长按事件（需持续监测按键状态 2 秒）。
• 冲突需求：中断需快速响应，但长按检测耗时，不能在 ISR 中直接处理。

解决方案

使用二值信号量：

1. 中断服务程序（ISR）：检测按键按下，释放二值信号量。
2. 任务：等待信号量，触发后启动长按检测逻辑。

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代码实现（详细注释）

#include "FreeRTOS.h"
#include "semphr.h"
#include "task.h"

// 定义二值信号量句柄
SemaphoreHandle_t xButtonSemaphore;</